• Калибровка РСА и планетная радиолокация

  Руководитель направления Захаров Александр Иванович гл. науч. сотр., д. ф.-м. н., старший научный сотрудник эл. почта: [email protected] тел.: +7 (496) 565-24-32

  
  

   
     Внешняя калибровка РСА (радиолокаторов с синтезированной апертурой)
  Для полноценного использования данных РСА необходима радиометрическая калибровка, позволяющая получать коэффициент обратного рассеяния с точностью до долей децибела, а также геометрическая и (для ряда приложений и инструментов) фазовая и поляриметрическая калибровка. Несмотря на то, что существует возможность встроенной калибровки радиолокационного сигнала, для того чтобы охарактеризовать инструмент целиком, требуется внешняя калибровка.
  Тропические леса Амазонки с их постоянной влажностью и слабыми температурными колебаниями в течение года являются одним из эталонных участков для внешней калибровки РСА. По серии съёмок могут быть рассчитаны различные параметры калибровки и качества изображения. На рисунках приведено изображение окрестностей реки Рио-Негро в Южной Америке и отмечены колебания удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) в различные даты съёмки.
  

  

  Одно из изображений, полученное радиолокатором PALSAR

  

  График временного хода УЭПР леса

   
     Планетная радиолокация
  История радиолокационных наблюдений планет с Земли в ИРЭ РАН начиналась с работ радиолокации Венеры в 1960 г., проводившихся под руководством академика В.А. Котельникова. В 1989 году работы по радиолокации планет были прекращены. В 2012 году в ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН после более чем 20-летнего перерыва были возобновлены радиолокационные наблюдения планет с помощью модернизированного планетного радиолокатора на базе антенны РТ-70 в Евпатории (см. фото). Радиолокационные наблюдения планет проводились в рамках подготовки к космической миссии «Фобос-Грунт». В июне 2012 года было проведено более 30 сеансов радиолокации планет Марс и Венера, был получен отраженный планетами сигнал, проведена обработка и измерены дальность и скорость этих планет.

  

  Спектр отражённого сигнала после ЛЧМ-гетеродинирования на приёме в сеансе 11.06.2012

  

  Антенна РТ-70

• Тематический анализ изображений

  Руководитель направления Родионова Наталья Васильевна вед. науч. сотр., к. ф.-м. н. эл. почта: [email protected]

  
  

   
  Данные РСА являются важным источником информации о свойствах снимаемой поверхности. Анализируя отдельные изображения или серии их (временные ряды данных, снимки разных частотных и поляризационных каналов), можно строить карты типов земной и водной поверхности, дифференцировать различные состояния и типы растительных покровов, а также обнаруживать последствия стихийных явлений разной природы и масштаба. Радарные данные позволяют получить информацию о шероховатости поверхности почвы и диэлектрической проницаемости, зависящей от влажности почвы и ее текстуры (содержание физической глины и физического песка).

  

  Регрессионные соотношения между коэффициентом обратного рассеяния (дБ) и температурой воздуха (а) и КОР и температурой почвы на глубине 5 см (б)

• Радиолокационная интерферометрия и поляриметрия

  Руководитель направления Захарова Людмила Николаевна ст. науч. сотр., к. ф.-м. н. эл. почта: [email protected]

  
  

   
     Радиолокационная интерферометрия
  РСА-интерферометрия — отрасль дистанционного зондирования Земли, получившая широкое развитие в последнее двадцатилетие. Интерферометрические методики позволяют строить карты рельефа высокого разрешения, а также (при наличии данных с повторяющихся орбит носителя) прослеживать мелкомасштабные смещения участков земной поверхности за время между съёмками и оценивать величину обнаруженных сдвигов в направлении на спутник. В лаборатории проводятся работы по оценке динамики как естественных покровов в результате оползней, землетрясений, карстовых явлений, сезонных изменений, так и искусственных объектов (мосты, здания, трубопроводы).

  

  Слева: амплитудное изображение (вверху) и две интерферограммы. Красными линиями на интерферограммах положение железнодорожного моста через реку Оку в Муроме, на амлитудном изображении этот мост является наиболее яркой линейной деталью. Справа: профили разности фаз вдоль моста для обеих интерферограмм. В первом случае погода в дни съёмки была одинаковой, во втором температура отличалась на 10℃.

   
     Радиолокационная поляриметрия
  В настоящее время в научном сообществе стала явной тенденция перехода от использования одноканальных данных об интенсивности обратного рассеяния к многоканальным сенсорам, позволяющим получать информацию об отражённом сигнале для различных комбинаций поляризаций, а также оценивать межканальные фазовые соотношения, играющие важную роль при картировании подстилающих покровов. Поляриметрическая интерферометрия —направление обработки данных поляриметрических РСА, получаемых с повторяющихся орбит космического аппарата. В лаборатории проводится анализ зарубежных экспериментальных данных с целью развития методов, позволяющих улучшить качество классификации растительных покровов. Введены в рассмотрение новые параметры, описывающие степень декорреляции изображений за время между съёмками для всей совокупности комбинаций поляризаций источника и приёмника. Проводится анализ результатов поляриметрической классификации естественных покровов в зависимости от метеорологических условий в даты съёмки.

  

  Ключевой параметр поляриметричской классификации угол α для алтайских сосновых ленточных боров при съёмке под различными углами и при различных погодных условиях в даты съёмки

• Проведен анализ многовременных данных спутникового мониторинга состояния растительности на территории Ивано-Арахлейского природного парка (Забайкальский край) после пожара 2015 года по радарным данным Sentinel-1 и оптическим данным Sentinel-2. Для оценки динамики восстановления растительного покрова, подвергшегося воздействию природного пожара, использованы спектральные индексы NDVI, NBR, MIRBI, NDRE и радарный вегетационный индекс RVI. Показана положительная динамика в состоянии растительности за прошедшие после пожара 2016-2019 годы через рост значений индексов NDVI, NBR, NDRE, RVI. Показана широтная зависимость значений вегетационных индексов NDVI, NBR, NDRE: они уменьшаются с увеличением географической широты расположения тестовых площадок. Показано, что из используемых для оценки тяжести пожара и послепожарного восстановления растительности спектральных индексов более высокой атмосферной устойчивостью обладают NBR, MIRBI и NDRE в сравнении с NDVI.

  

  Значения коэффициента обратного рассеяния (а) и радарного вегетационного индекса (б) на тестовых площадках в 2017-2019 гг. Условные номера тестовых площадок расположены на оси абсцисс

  Публикации:
  

  • Родионова Н.В., Вахнина И.Л., Желибо Т.В. Оценка динамики послепожарного состояния растительности на территории Ивано-Арахлейского природного парка (Забайкальский край) по радарным и оптическим данным спутников Sentinel 1/2// ИЗК, 2020, № 3, с. 14–25

• Изучена динамика оползневого склона на реке Бурее, закончившейся катастрофическим сходом грунта в реку в декабре 2018 года. В результате интерферометрической обработки длинной серии радиолокационных наблюдений обнаружено, что подвижки грунта на береговом склоне начались задолго (по меньшей мере за 13 лет) до схода оползня. Выявлена связь начала эксплуатации Бурейской ГЭС с запуском оползневого процесса, а также установлено влияние метеорологических осадков во второй декаде 21-го века на ускорение подвижек. Показано, что современный оползневый процесс развился в пределах границ древнего стабилизировавшегося оползня.

  

  График интерферометрической когерентности для трёх типов поверхности вблизи оползневой зоны в 2017-2019 годах

  Публикации:
  

  • РZakharov, A.; Zakharova, L. The Bureya Landslide Recent Evolution According to Spaceborne SAR Interferometry Data. Remote Sens. 2022, 14, 5218

• Проведена обработка архивных радарных данных спутника Sentinel-1 за 2018-2021 годы, в результате чего получены сведения о стабильности положения в пространстве всех четырёх резервуаров Норильской ТЭЦ-3 и сделано предположение о степени ответственности мерзлотных процессов за разрушение аварийного топливного резервуара в 2020 году, приведшее к экологической катастрофе федерального масштаба.

  

  Модель интерферометрической разности фаз для поверхности, площадь которой покрыта снегом полностью (100%) и частично (на 25%, 50% и 75%).

  Публикации:
  

  • Zakharov A.; Zakharova L. An Influence of Snow Covers on the Radar Interferometry Observations of Industrial Infrastructure: Norilsk Thermal Power Plant Case. Remote Sensing 2023, 15, 654

Проведена оперативная обработка и получены интерферограммы на район землетрясения 6 февраля 2023 года в Турции. По результатам обработки можно судить о степени деформации поверхности по мере удаления от линии разлома и оценить величину сдвига поверхности в зоне разлома относительно удаленных стабильных территорий. Результат позволяет уточнить локальные особенности геологии подстилающих покровов, выявить участки с поврежденными зданиями и сооружениями в городских застройках, а также повреждения стенок каналов и дамб, следствием которых являются обширные затопленные участки поверхности.

Информация о лаборатории доступна также на сайте Фрязинского филиала ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН